数电课设减法计数器串行序列检测器

1、1课程设计的目的与作用12课程设计的任务及软件multisim环境的介绍1设计任务12.2 软件multisim环境介绍13 三位同步二进制减法计数器43.1 三位同步二进制减法计数器电路的理论分析44 串行序列检测电路设计 (检测序列1100)75 两种方法设计序列信号发生器的设计105.1 第一种方法:计数器和数据选择器设计105.2 第二种方法：用D触发器设计116 设计总结和体会157 参考文献151课程设计的目的与作用随着科技的进步和社会的发展，数字电路在各种电器中的应用越来越广泛。0、1代码的简易变换能够实现复杂的逻辑功能使得数字电路的实现效率很高。课程设计的目的是通过实际设计并搭

2、建一些简易但典型的数字电路来加深对各逻辑器件逻辑功能的理解。课程设计能够使我们更进一步理解课堂上所学的理论知识，同时又能锻炼我们的动手能力和分析问题解决问题的能力。2课程设计的任务及软件multisim环境的介绍设计任务本次课程设计的任务是利用所学的数字电路的理论知识，用触发器、74LS00、74LS08等逻辑门在数字电路系统上设计并搭建001、010为无效状态的三位同步二进制加法器以及串行序列111111的检测电路，注意检查其中的无效状态能否自行启动，若不能自启进行相应的逻辑修改，直至符合设计要求。观察并分析实验结果，进行课程设计答辩2.2 软件multisim环境介绍Multisim时加拿

3、大IIT公司开发的能够进行电路设计、仿真和PCB板生成以及绘制机械CAD的软件，能够仿真世界上很多种测量和控制类仪器和仪表。双击桌面上的快捷方式进入软件界面，如图2.2.1所示：图1.1 Multisim软件界面新建电路设计文件，并单击放“放置”或快捷方式放置所需的元器件，如图2.2.2所示：图1.2 放置元器件界面把所用到的元器件一一放到电路绘制界面中，然后再按所设计的原理图用导线将各元器件连结起来，并对各个元器件进行适当的调整，最后的电路效果图如下图1.2.3所示：图1.3 绘制完成的电路图电路建立完成之后点击仿真按钮进行实时仿真，利用虚拟软件观察并分析电路的各种参数，并适当的进行参数调整

4、。仿真效果如图1.2.4所示：图1.4Multisim 仿真界面3 三位同步二进制减法计数器3.1 三位同步二进制减法计数器电路的理论分析（1）原始状态图的建立：.1所示：CPY三位二进制同步减法计数器输入减法计数脉冲 输出借位信号 设计框图 /0 /0 /0 /0 /0 111 110 100 011 010 001/1 /Y 排列：Q2nQ1nQ0n.1减法器的状态图 （2）时钟方程、输出方程和状态方程：由于JK触发器功能齐全、使用灵活，本设计选用3个CP下降沿触发的边沿触发器。采用同步方案，故取CP0= CP1= CP2= CP (CP 是整个设计的时序电路的输入时钟脉冲)。题中所给无效

5、状态是000、101，其所对应的最小项和.1所示状态图所规定的输出与现态之间的逻辑关系，可以直接画出输出信号Y的卡诺图，如图3.所示： Q1nQ0nQ2n 00 01 11 10×1 0 0 0× 0 0 0 1图3.1.2 输出Y的卡诺图由以上卡诺图可得输出状态方程为：Y= .1可得到电路次态Q2n+1Q1n+1Q0n+1的卡诺图如图3.1.3所示。再分解开便可得到如图3.1.4所示各触发器的次态卡诺图。Q1nQ0nQ2n 00 01 11 10××× 111 010001 011××× 110 100 0 1图

6、3.电路次态Q2n+1Q1n+1Q0n+1的卡诺图 Q1nQ0nQ2n 00 01 11 10×1 0 0 0 × 1 1 0 1 (a) Q2n+1的卡诺图 Q1nQ0nQ2n 00 01 11 10×1 1 0 1 × 1 0 0 1(b) Q2n+1的卡诺图 Q1nQ0nQ2n 00 01 11 10×1 0 1 1 × 0 0 0 1 (c) Q2n+1的卡诺图图3.各触发器次态的卡诺图显然，由图3.所示各卡诺图便可很容易地得到各状态方程为：由触发器的特性方程：Qn+1，变换状态方程，使之与特性方程的形式一致便可得由以上各状态

7、方程变换式比较触发器特性方程可得各个触发器的驱动方程为： , ; ; 根据所选用的触发器和时钟方程、驱动方程，便可以画出如图3.所示的逻辑电路图。无效状态为000、101，带入驱动方程进行计算，结果如下： /0 000 111（有效状态） /0101 111（有效状态）所以设计电路能够跳出无效状态自行启动，符合设计要求。图3. 三位二进制减同步法器电路的逻辑电路图4 串行序列检测电路设计 (检测序列1100)（1）分析：输入变量：X代表输入信号序列输出变量：Z代表检测结果，检测到“1100”序列，输出为1 。设置状态：S0 初始状态，电路还未接收到一个有效的1；S1 收到一个1后的状态；S2

8、连续收到11以后的状态；S3连续收到110以后的状态；S4 连续收到1100以后的状态。（2）电路的初始状态为S0。在此状态下，电路输出Z=0，这时可能的输入有A=0和A=1两种情况。当CP脉冲相应边沿到来时，若A=0，则是收到0，应保持在状态S0不变，电路输出Z=0；若A=1，表示电路收到一个1，则转向状态S1电路输出Z=0。当状态S1时，若A=0，则表明连续输入编码为10，转向状态S0，电路输出Z=0；若A=1, 转向状态S2，电路输出Z=0。当状态S2时，若A=0，则表明连续输入编码为110，转向状态S3；若A=1，则表明连续输入编码为111，转向状态S2，电路输出Z=0。当状态S3时，

9、若A=0，则表明连续输入编码为1100，转向状态S4，输出Z=1。若A=1，则表明连续输入编码为1101，转向状态S1，输出Z=0。当状态S4时，若A=0，则表明连续输入编码为10，转向状态S0，若A=1，则表明输入编码为1，转向状态S1。(3)根据上述分析，列出状态转换表S0X 01S0S00S10S1S00S20S2S30S20S3S41S10S4S00S10由转换表可知，S0和S4是等效状态，进行状态化简，(4)状态分配：分别用触发器状态的Q2Q1的00、01、10、11来表示S0、S1、S2、S3,则从状态转换表画出电路次态和输出的卡诺图XQ2Q1 01S0(00)000010S1(0

10、1)000100S3(11)000011S2(10)110100电路次态输出的卡诺图Q2(n+1)Q2Q1XS000S101S311S2100000111010的卡诺图Q1(n+1)Q2Q1XS000S101S311S2100000110101的卡诺图ZQ2Q1XS000S101S311S2100001010000的卡诺图由触发器的特性方程：Qn+1，变换状态方程，使之与特性方程的形式一致便可得,由此，可以得出输出方程为：由以上各状态方程变换式比较触发器特性方程可得各个触发器的驱动方程为：输出方程：由此可以设计电路的原理图（如下图）图3.2.1 1100序列检测逻辑电路图5 两种方法设计序列信

11、号发生器的设计5.1 第一种方法:计数器和数据选择器设计（1）分析发生序列为00101101，由八进制计数器和八选一数据选择器实现。八进制计数器取74LS162的低三位；八选一数据选择器用74LS151，输出逻辑为反相输出，列出其真值表：000001010011100101110111将74LS161的,分别接74LS152的地址输入端,要在输出端得到00101101脉冲序列，故所以 (2)仿真图：图5.1.1 序列信号发生器5.2 第二种方法：用D触发器设计(1) 分析若脉冲序列有m位，用n个触发器实现时，要求n，对于8位的脉冲序列，可以取n=3.（2）设计 为了避免出现竞争冒险问题，用8个

12、3位循环码代表触发器的8个状态，每个对应输出脉冲序列中的一位，画出状态图，,为3个触发器状态，Y为输出脉冲序列。 /0 /0 /1 000 001 011010/1 /0 100 101 111110 /0 /1 /1根据状态图画出 ，/Y 的卡诺图， Q1nQ0nQ2n 00 01 11 1000 0 1 01 1 1 0 1的卡诺图 Q1nQ0nQ2n 00 01 11 1001 1 1 00 0 1 0 1的卡诺图 Q1nQ0nQ2n 00 01 11 10110 0 00 1 1 0 1的卡诺图 Q1nQ0nQ2n 00 01 11 1000 1 0 10 1 1 0 1 Y的卡诺图由

13、可得到电路次态,和Y的方程，合并最小项，化简得状态方程为：输出方程： 由D触发器的特性方程：，CP 由此可得驱动方程为： 将驱动方程和输出方程化为与非-与非式：根据所选用的触发器和时钟方程、驱动方程，便可以画出如图所示的逻辑电路图。结果如下：仿真逻辑电路图图.2 D触发器序列信号发生器电路原理图图5.2.3 集成D触发器序列信号发生器6 设计总结和体会在这次课程设计中，我查阅了资料，询问过老师，找出了自己在理论知识及实践能力方面的欠缺和知识盲点。这样既锻炼了我的分析问题、解决问题和实践的能力，又加深了我对课上老师所讲理论知识的理解程度，使我的理论知识与实践能力很好的结合起来了，对我是一个很大的提高。另外，在课程设计中遇到了很多困难，多次想过放弃，但我最终还是坚持下来并完成了课程设计，这给了我一个启示，也是一种激励，以后做任何事